1.徐 政 祝瑞金 罗惠群 2.华东电力试验研究院，200437 上海
1.浙江大学电机系，310027 杭州
1 前言
随着三峡工程的建成，将有3条高压直流输电线路落点华东系统，这3条高压直流输电线路分别为：早已投入运行的葛州坝至南桥±500 kV、1 200 MW高压直流输电线路，预计于2003年投入运行的宜昌至常州±500 kV、3 000 MW高压直流输电线路和预计于2009年投入运行的三峡右至练塘±500 kV、3 000 MW高压直流输电线路。按照计划，由山西阳城至江苏淮阴的500 kV带串联电容补偿的交流输电线路也将于1999年左右投入运行。因此，对华东电网来说，将存在由直流输电系统及带串联电容补偿交流输电线路引发次同步振荡(SSO)的可能性。
根据华东电网的不同发展阶段，分析研究华东电网是否会发生次同步振荡，哪些机组会发生次同步振荡，如果发生次同步振荡，则应采用什么对策来加以预防，具有十分重要的意义。
2 三峡直流输电对华东电网次同步振荡的影响
首先以2003年三峡至常州直流输电线路投入运行作为研究的水平年。根据2003年华东电网的规划数据，通常情况下潮流流向是从西向东，处于华东电网内的2个换流站以逆变方式运行，即与华东电网内的发电机组并列运行供给华东电网内的负荷，因此直流输电不会引起华东电网内发电机组的次同步振荡(SSO)［1］。当潮流反转，华东电网内的2个换流站以整流方式运行时，需要考虑由直流输电引起的次同步振荡问题。由于由直流输电引起的次同步振荡问题与直流输电输送的功率有关，输送的功率越大，引起次同步振荡的可能性也越大。因此在以下的分析中，考虑最严重的情况，即2条直流输电线路以满负荷倒送功率。
由于南桥直流换流站接于220 kV系统，因此在分析南桥直流换流站与交流系统的相互作用时，不但需要考虑华东网中联接于500 kV网架上的发电机组与南桥换流站之间的相互作用，而且还要考虑与南桥换流站直接相联的220 kV系统中的发电机组的次同步振荡特性。常州直流换流站联接于500 kV系统，可以认为联接在附近220 kV及以下电压等级网络上的发电机组与常州换流站之间的相互作用已相当弱，可以不予考虑。
以下采用机组作用系数法(UIF)［1］分析由直流输电引起发电机组次同步振荡的可能性。计算条件为：图1中所有发电机组满负荷运行(95％的额定功率送入电网)，所有负荷点以60％变压器额定容量计入，负荷功率因数为0.8。分析结果列于表1和表2。
图1 华东电网2003年500 kV网架图
Fig.1 The 500 kV network diagram
for East China power in 2003
表1 上海南网220 kV网络上火电机组与
南桥换流站相互作用系数
Tab.1 The UIFs of the generators in southern
Shanghai 220 kV grid with Nanqiao converter
被研等值机
不计本等值机时整
机组作
火电厂
组额定容量
流站母线短路容量
用系数
Si/MVA
SCi/MVA
UIFi
闵行电厂
588
30 662
0.011 80
吴泾电厂
706
31 530
0.004 23
外高桥一期
1412
30 867
0.004 15
注：整流站额定功率SHVDC＝1 200 MW；整流站总短路容量SCTOT＝SC南桥＝33 185 MVA；交流系统强度SCR＝28。
从表1可以看出，对于上海南网220 kV系统，当葛州坝-南桥直流输电满负荷反送时，以闵行电厂的4台125 MW机组与南桥换流站相互作用的UIF值为最大，达0.011 80，但离UIF的阀值0.1相差还远。因此可以认为，南桥换流站不会引起联于上海南网220 kV系统的发电机组的次同步振荡问题。
从表2可以看出，对于葛洲坝-南桥直流输电线路，当满负荷反送时，外高桥电厂的发电机组与其相互作用的UIF值为最大，达0. 022 64；对于三峡-常州直流输电线路，当满负荷反送时，以扬州二厂的机组作用系数为最大，达0. 032 83。两者离UIF的阀值0. 1都还有相当的距离。因此可以断言，葛州坝-南桥直流输电线路和三峡-常州直流输电线路与华东电网内发电机组之间的相互作用是相当弱的，不会引起华东电网内发电机组的次同步振荡。
表2 华东电网500 kV网架上火电机组与
直流输电的相互作用系数
Tab.2 The UIFs of the generators in East China
500 kV grid with the DC converters
火电厂
与葛洲坝-南桥直流输电线路的相互作用系数(整流站
额定功率SHVDC＝1 200 MW；整流站总短路容量SCTOT
＝SC南桥＝33 185 MVA；交流系统强度SCR＝28)
被研等值机组额
不计本等值机时
机组作用
定容量
整流站母线短路
系数
Si/MVA
容量SCi/MVA
UIFi
阳城
2 471
32 871
0. 00 004
彭城
706
33 079
0. 00 002
扬二厂
1 333
32 384
0. 00 052
常二厂
1 333
33 009
0. 00 003
洛河
667
33 096
0. 00 001
平圩
1 333
32 908
0. 00 006
石二厂
2 824
27 691
0. 01 165
外高桥
1 000
28 627
0. 02 264
嘉兴
3 106
30 528
0. 00 248
秦山核电
1 333
31 958
0. 00 123
北仑港
3 333
31 689
0. 00 073
火电厂
与三峡-常州直流输电线路的相互作用系数(整流站额
定功率SHVDC＝3 000 MW；整流站总短路容量STCOT＝
SC武南＝21 775 MVA；交流系统强度SCR＝7. 3)
被研等值机组额
不计本等值机时
机组作用
定容量
整流站母线短路
系数
Si/MVA
容量SCi/MVA
UIFi
阳城
2 471
20 958
0. 00 171
彭城
706
21 436
0. 00 103
扬二厂
1 333
19 145
0. 03 283
常二厂
1 333
21 623
0. 00 011
洛河
667
21 567
0. 00 041
平圩
1 333
21 113
0. 00 208
石二厂
2 824
20 071
0. 00 651
外高桥
1 000
21 119
0. 00 272
嘉兴
3 106
20 531
0. 00 315
秦山核电
1 333
21 159
0. 00 180
北仑港
3 333
20 663
0. 00 235
根据2003年华东电网500 kV的网架规划结构，南桥和武南两个节点都有3路或以上的双回500 kV交流输电线与其相联接，在任何故障情况下，都不会构成以一个电厂为主向整流站供电的格局。因此即使考虑可能出现的故障情况，也可以认为三峡直流输电不会引起华东电网内发电机组的次同步振荡。
3 由阳城至淮阴串联补偿线路引起的次同步振荡特性
已知的和潜在的次同步谐振(SSR)问题皆与通过串联补偿输电线路与负荷中心相联并远离负荷中心的汽轮发电机组相关。研究这种汽轮发电机组的SSR特性，采用频率扫描法［1］比较简单并能得出初步的结果。下面说明用频率扫描法研究由阳城至淮阴带串联补偿输电线路所引起的次同步谐振特性。
3.1 研究所用的等值系统
实际通过串联补偿输电线路与华东系统相联接的只是阳城电厂，而彭城电厂与串联补偿输电线路比较接近，因此也考虑在内。频率扫描法将系统中除待研机组之外的其它机组用其次暂态电抗来等效，因此在进行频率扫描分析时，可以将淮阴之后的整个华东系统用淮阴这一点上的短路阻抗来等值。
3.2 待研机组模型
阳城电厂6台机组具有相同的容量和结构，其轴系扭振特性也应该是相同的，因此进行频率扫描分析时将6台机组等效为1台等值机组。彭城电厂的情况相同，在分析时也将其2台机组等效为1台等值机组。
待研机组及其升压变压器的特性对研究结果具有显著的影响，升压变压器的短路电阻在潮流和稳定计算时并不重要，但在频率扫描分析时必须表述得越精确越好。待研机组本身的模型在频率扫描分析时是异步发电机等效电路。但这里的关键是如何得到该异步发电机等效电路的参数。
文献［2］认为，如果得不到待研机组的异步发电机等效模型，那么最佳的估计是，待研机组及其升压变压器合在一起的等效电阻为零，而等效电抗为待研机组的次暂态电抗与升压变压器的短路电抗之和。
由于阳城电厂和彭城电厂机组的异步发电机等效模型的参数难以得到，因此在以下的分析中，采用文献［2］所提出的估计方法来模拟待研机组及其升压变压器。
3.3 频率扫描分析结果
在某典型运行方式下，对应阳城电厂的频率扫描分析结果如图2所示。从图2可见，SSR电抗过零点的第一个频率点实际上是并联谐振点，不会产生SSR问题。需要分析的是第二个电抗过零频率点，此频率在18 Hz左右，在此频率下电气系统发生谐振，但此时的SSR电阻值为10 Ω左右，因此可以认为系统不会发生异步发电机效应。
对应彭城电厂的频率扫描分析结果如图3所示。从图可见，在次同步频率范围内，从彭城电厂机组看出去的SSR等值电抗一直为正，与无串联电容补偿时的情况一样。因此可以认为，对于彭城电厂，可以不考虑其SSR问题。
3.4 讨论
对上述分析结果的可信度，可以在两个方面作进一步考察。一是上述分析的第一个前提条件，即待研机组的异步发电机模型是一个估计的模型。对此，如能得到阳城电厂机组异步发电机模型的精确参数，上述结果应该能够得到改进。二是实际系统的运行方式是多变的，而上述分析只是针对某种运行方式进行的，但实际上通过对多种运行方式的分析计算表明，频率扫描分析结果对运行方式的改变是不敏感的。
图2 某典型运行方式下阳城电厂的频率扫描结果
Fig.2 The frequency scan result
for Yangcheng power plant
图3 某典型运行方式下彭城电厂的频率扫描结果
Fig.3 The frequency scan result
for Pengcheng power plant
4 结论
(1)葛洲坝-南桥直流输电线路和三峡-常州直流输电线路与华东电网内发电机组之间的相互作用是相当弱的，不会引起华东电网内的发电机组的次同步振荡。
(2) 阳城至淮阴的串联电容补偿线路使阳城电厂机组在次同步频率下有一电气谐振点，该谐振点的频率在18 Hz左右，谐振点的SSR等值电阻为10Ω左右。阳城电厂机组不会发生异步发电机效应。与串联补偿线路联接较近的彭城电厂，可以不考虑SSR问题。
本文课题为国家自然科学基金资助项目(59707005)。
参考文献
1 徐政，罗惠群，祝瑞金.电力系统次同步振荡问题的分析方法概述.电网技术，1999，23
2 Agrawal B L, Farmer R G.Use of frequency scanning techniques for subsynchronous resonance analysis.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1979,98(2)
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